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原文传递基于等离子体的MIRA模型尾流控制及减阻研究

论文题名：	基于等离子体的MIRA模型尾流控制及减阻研究
关键词：	汽车尾流;流动控制;等离子体;主动控制;气动减阻
摘要：	随着工业的发展，汽车已经成为重要的交通工具，油价上涨让汽车市场的竞争更加激烈，而气动阻力是影响燃油消耗的关键因素，为了减少汽车行驶时的气动阻力，汽车空气动力特性在汽车设计中越来越重要。目前，改善汽车空气动力特性方面已有较多研究，在减阻方面，通过改变汽车外形、增加空气动力学套件等方法已经十分普遍，但这些方法均属于被动减阻研究，而主动减阻研究还较少。等离子体流动控制是基于等离子体气动激励所提出的一种主动流动控制技术，其通过在控制对象表面设置电极产生强电场，该电场在电离空气产生等离子体的同时加速等离子体，使等离子体与中性气体碰撞来传递动量，达到控制流体的目的。作为主动流动控制领域较前沿的技术，因其具有响应快、无运动部件等优点，现已受到众多研究人员的关注。　　本文基于等离子体流动控制的基本原理，通过将等离子体激励器安装在MIRA模型的不同位置，改变前方來流速度、激励电压、激励器个数以及激励器的间距进行CFD（ComputationalFluidDynamics）计算，得到不同工况下等离子体激励器对气动阻力的影响规律，揭示等离子体激励对汽车尾流的控制作用，以期利用等离子体激励器改善汽车的气动特性。具体研究内容如下：　　首先建立SDBD（SurfaceDielectricBarrierDischarge）等离子体激励器几何模型，完成前处理，确定物理模型和边界条件后进行计算对标，验证其准确性，得到等离子体激励的数学模型；其次建立1/4MIRA的半车模型，在不加激励器的情况下，完成原始模型的稳态仿真和瞬态仿真，得到其气动特性结果，对结果进行压力、速度等后处理分析，并与实验结果进行对比，确定网格参数、边界条件等策略；然后在原始模型上添加等离子体激励器，改变前方來流速度、激励电压、激励器安装位置、激励器个数以及激励器间距（激励器阵列）进行计算，探究不同工况下等离子体激励器控制汽车尾部气流分离与整车气动阻力的效果；最后把不施加等离子体激励和施加等离子体激励的数值模拟结果进行对比，分析等离子体控制汽车尾流流动分离与气动阻力的效果与机理。　　通过数值计算分析，得出了以下结论：　　（1）单个等离子体激励器对低速來流的控制效果比高速來流更好，速度越大，控制效果越差，此外，激励器控制能力与激励电压成正比关系，但一味增大电压并不能有效降低阻力系数，而是对于不同來流速度对应存在一个最佳电压，使汽车的气动特性达到最好。　　（2）等离子体激励施加在汽车后部的不同位置会产生不同的效果，且控制能力和控制范围有限，只能对激励器安装后部的一部分流场产生较为明显的作用，较远的区域则作用不大。　　（3）激励器组合控制下，车顶与后风窗交汇处（A位置）、C柱（B位置）、车尾上沿（C位置）以及车尾侧面（D位置）四个位置之间存在一定的相互作用，其产生的诱导气流互相影响，从而共同改变汽车的尾流结构。　　（4）激励器阵列控制下，适当增加激励器个数对降低气动阻力系数有效，但效果并不显著，尤其当激励器个数增加到一定数量时，几乎没有额外的减阻效果，因此要综合考虑工作效率问题，选择合适的激励器数量。
作者：	余琴
专业：	工程(车辆工程)
导师：	赖晨光;王庆洋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆理工大学
学位年度：	2022